为实验提供指导,节省实验所需的人力、物力和时间,并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用。
随着计算机硬件和软件技术的发展和数值计算方法的日趋成熟,出现了基于现有流动理论的商用CFD软件。商用CFD软件使许多不擅长CFD的其它专业研究人员能够轻松地进行流动数值计算,从而使研究人员从编制繁杂、重复性的程序中解放出来,以更多的精力投入到考虑所计算的流动问题的物理本质、问题的提法、边界(初值)条件和计算结果的合理解释等重要方面,这样最佳地发挥了商用CFD软件开发人员和其它专业研究人员各自的智力优势,为解决实际工程问题开辟了道路。 使用CFD,你首先得建立你想研究的系统或装置的计算模型;然后将流体流动的物理特性应用到虚拟的计算模型,CFD软件将输出你想要的流体动力性质。CFD是一种高级的分析技术,它不仅可以预测流体的行为,同时还可以得到传质(如分离和溶解),传热,相变(如凝固和沸腾),化学反映(如燃烧),机械运动(涡轮机),以及相关结构的压力和变形(如风中桅杆的弯曲)等等的性质。 之所以要使用CFD,至少基于以下三点:1,通常的系统是很难模型化的,而CFD的分析能够展示别的手段所不能揭示的系统的性质和现象,因为CFD对你的设计有很强的理解和可视能力。2,CFD能够快速的给出你想要的结果,一旦你给定你的问题的参量;这样你才有可能在很短的时间内调整你设计的问题的参数,得到最好的优化结果。3,采用CFD是一种十分经济的做法。由于它的开发周期短,因此能节省大量的人力物力,使产品能更快的进入市场。 CFD软件概述
CFD软件通常有三种功能,分别着重用于: 前端处理(Preprocessing),
计算和结果数据生成(compute an result)以及 后处理(Postprocessing).
前端处理通常要生成计算模型所必需的数据,这一过程通常包括建模,数据录入(或者从cad中导入),生成网格等;做完了前处理后,CFD的核心解释器(SOLVER)将根据具体的模型,完成相应的计算任务,并生成结果数据;后处理过程通常是对生成的结果数据进行组织和诠释,一般以直观可视的图形形式给出来。 著名的CFD处理工具有以下一些:
用于前处理: Gambit,Tgrid,GridPro,GridGen,ICEM CFD 用于计算分析: Fluend,FIDAP,POLYFLOW
用于后处理: Ensight,IBM Open Visulization Explorer,Field View,AVS 提供综合的处理能力: Ansys,MAYA 特殊领域的应用: Icepak,Airpak,Mixsim
这些CFD软件功能强大,应用十分的广泛。在航天航空,环境污染,生物医学,电子技术等等各个领域,它们发挥了巨大的作用,世界上有越来越多的工程师更倾向于使用这些软件来完成自己的设计。 FLUENT
FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包,在美国的市场占有率为60%。举凡跟流体,热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能,在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括:燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。 Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想,从用户需求角度出发,针对各种复
杂流动的物理现象,FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法,以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想,Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件,这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象,软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同,因此大大方便了用户。其各软件模块包括:
GAMBIT——专用的CFD前置处理器,FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格,是一具有超强组合建构模型能力之前处理器,然后由Fluent进行求解。也可以用ICEM CFD进行前处理,由TecPlot进行后处理。
Fluent5.4——基于非结构化网格的通用CFD求解器,针对非结构性网格模型设计,是用有限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。可应用的范围有紊流、热传、化学反应、混合、旋转流(rotating flow)及震波(shocks)等。在涡轮机及推进系统分析都有相当优秀的结果,并且对模型的快速建立及 shocks处的格点调适都有相当好的效果。(目前是6.0,含turbo模块)
Fidap——基于有限元方法的通用CFD求解器,为一专门解决科学及工程上有关流体力学传质及传热等问题的分析软件,是全球第一套使用有限元法于CFD领域的软件,其应用的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。 FIDAP本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。 对问题整个研究的程序,数据输入与输出的协调及应用均极有效率。 Polyflow——针对粘弹性流动的专用CFD求解器,用有限元法仿真聚合物加工的CFD软件,主要应用于塑料射出成形机,挤型机和吹瓶机的模具设计。 Mixsim——针对搅拌混合问题的专用CFD软件,是一个专业化的前处理器,可建立搅拌槽及混合槽的几何模型,不需要一般计算流力软件的冗长学习过程。它的图形人机接口和组件数据库,让工程师直接设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、折流板之配置,叶轮的型式等等。MixSim随即自动产生3维网络,并启动FLUENT做后续的模拟分析。
Icepak——专用的热控分析CFD软件,专门仿真电子电机系统内部气流,温度分布的CFD分析软件,特别是针对系统的散热问题作仿真分析,藉由模块化的设计快速建立模型。
在fluent中,对同一个几何造型,如果既可以生成结构化网格,也可生成非结构化网格,当然前者要比后者的生成复杂的多,那么应该选择哪种网格,两者计算结果是否相同,哪个的计算结果更好些呢?另外,如果一个几何造型中既有结构化网格,也有非结构化网格,分块完成的,那么分别生成网格后,是否可以直接就调入fluent中计算,还是还有进行一些处理?
一般来说,结构网格的计算结果比非结构网格更容易收敛,也更准确。但后者容易做。
可以用TGRID把两种网格结合起来。影响精度主要是网格质量,和你是用那种网格形式关系并不是很大,如果结构话网格的质量很差,结果同样不可靠,相对而言,结构话网格更有利于计算机存储数据和加快计算速度。
结构化网格据说计算速度快一些,但是网格划分需要技巧和耐心。呵呵,非结构化网格容易生成,但相对来说速度要差一些。不过应该影响最大的是网格质量和网格数。非结构化网格的最大优势便在于适应性强。
在进行稳态计算时候,开始残差线是一直下降的,可是到后来各种残差线都显示为波形波动,是不是不收敛阿?
有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度(2阶),网格太疏,网格质量太差,等都会使残差波动。
经常遇到,一开始下降,然后出现波动,可以降低松弛系数,我的问题就能收敛,但如果网格质量不好,是很难的。通常,计算非结构网格,如果问题比较复杂,会出现这种情况,
建议作网格时多下些功夫
1)coupled是耦合的意思,指同能量方程一起求解,而segrated是动量方程、压力方程和能量方程分开单独求解,迭代求解。一般能用耦合的时候尽量用,精度高。而分段并行求解一般精度低。
2)coupled solver从rampant发展来的,是与nasa合作开发的,适合于计算高马赫数(跨音和超音),为了克服低速下numeric stiffness,采用了preconditioning方法。couple implict内存耗费大,一般为segregated的1.5倍以上,you need powerful computer!segregated solver从uns发展而来,是基于simple算法,更适合于亚音场计算,收敛速度快,内存少。
3) fluent rampant是密度基时间推进法,故适合求解高速流动,也是这几个商用软件中唯一的密度基算法,但求解低速时一定要用preconditioning。
fluent UNS同其他商用软件如CFX4,5,TASCFLOW,star-cd一样都属于压力基方法,适用于低速不可压流动。
FLUENT
是目前国际上比较流行的商用CFD软件包,在美国的市场占有率为60%。举凡跟流体,热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能,在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括:燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。 Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想,从用户需求角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法,以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想,Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件,这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象,软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同,因此大大方便了用户。
Phoenics是英国CHAM公司开发的模拟传热、流动、反应、燃烧过程的通用CFD软件,有30多年的历史。网格系统包括:直角、圆柱、曲面(包括非正交和运动网格,但在其VR环境不可以)、多重网格、精密网格。可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩流进行模拟,包括非牛顿流、多孔介质中的流动,并且可以
考虑粘度、密度、温度变化的影响。在流体模型上面,Phoenics内置了22种适合于各种Re数场合的湍流模型,包括雷诺应力模型、多流体湍流模型和通量模型及k-e模型的各种变异,共计21个湍流模型,8个多相流模型,10多个差分格式。 Phoenics的VR(虚拟现实)彩色图形界面菜单系统是这几个CFD软件里前处理最方便的一个,可以直接读入Pro/E建立的模型(需转换成STL格式),是复杂几何体的生成更为方便,在边界条件的定义方面也极为简单,并且网格自动生成,但其缺点则是网格比较单一粗糙,针对复杂曲面或曲率小的地方的网格不能细分,也即是说不能在VR环境里采用贴体网格。另外VR的后处理也不是很好。要进行更高级的分析则要采用命令格式进行,但这在易用性上比其它软件就要差了。 另外,Phoenics自带了1000多个例题与验证题,附有完整的可读可改的输入文件。其中就有CHAM公司做的一个PDC钻头的流场分析。Phoenics的开放性很好,提供对软件现有模型进行修改、增加新模型的功能和接口,可以用FORTRAN语言进行二次开发。 CFX :
CFX是由英国AEA公司开发,是一种实用流体工程分析工具,用于模拟流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧问题。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。适用于直角/柱面/旋转坐标系,稳态/非稳态流动,瞬态/滑移网格,不可压缩/弱可压缩/可压缩流体,浮力流,多相流,非牛顿流体,化学反应,燃烧,NOx生成,辐射,多孔介质及混合传热过程。CFX采用有限元法,自动时间步长控制,SIMPLE算法,代数多网格、ICCG、Line、Stone和Block Stone解法。能有效、精确地表达复杂几何形状,任意连接模块即可构造所需的几何图形。在每一个模块内,网格的生成可以确保迅速、可靠地进行,这种多块式网格允许扩展和变形,例如计算气缸中活塞的运动和自由表面的运动。 滑动网格功能允许网格的各部分可以相对滑动或旋转,这种功能可以用于计算牙轮钻头与井壁间流体的相互作用。CFX引进了各种公认的湍流模型。例如:k-e模型,低雷诺数k-e模型,RNG k-e模型,代数雷诺应力模型,微分雷诺应力模型,微分雷诺通量模型等。CFX的多相流模型可用于分析工业生产中出现的各种流动。包括单体颗粒运动模型,连续相及分散相的多相流模型和自由表面的流动模型。 CFX-TASCflow在旋转机械CFD计算方面具有很强的功能。它可用于不可压缩流体,亚/临/超音速流体的流动,采用具有壁面函数的k-e模型、2层模型和Kato-Launder模型等湍流模型,传热包括对流传热、固体导热、表面对表面辐射,Gibb’s辐射模型,多孔介质传热等。化学反应模型包括旋涡破碎模型、具有动力学控制复杂正/逆反应模型、Flamelet模型、NOx和碳黑生成模型、拉格朗日跟踪模型、反应颗粒模型和多组分流体模型。CFX-TurboGrid是一个用于快速生成旋转机械CFD网格的交互式生成工具,很容易用来生成有效的和高质量的网格。
欧拉模型和混合模型的选择
1)如果分散相的的分布广,那么用混合模型最为合适。如果分散相几种在主域的某些区域,那么用欧拉模型合适
2)如果相间的drag law可用或者可以通过用户定义的方式得到,那么欧拉模型能得到精确的结果,如果相间的drag law不可知或者能否应用到你的问题中还是未知的情况下,选择混合模型
GAMBIT的网格类型有那些?
GAMBIT可以生成结构化网格、非结构化网格及混合网格。
GAMBIT可生成的非结构化网格又包括四面体网格、六面体网格及混合网格
FLUENT的算法有哪些种? A、Segregate 非耦合算法
B、Couple显式 耦合显式算法,前身为NASA RANPANT程序
C、Couple隐式 耦合隐式算法,推进快,另FLUENT有多种加速收敛技术:多重网格技术,当地时间步长,自适应网格技术等。
1.Gambit生成的网格(无结构)如何进行局部加密?
可采用分块生成网格的办法,fluent里也可有自适应网格项,程序可自动加密网格 2.二维轴对称问题,想在对称轴附近的狭长区域加密网格。
最简单的就是将模型分块,轴附近的狭长区域是一块,其它是另一块,两块分别分网格。
3. 经常出现在两个面交线上的网格间距不同的现象,也就是两块网格不连续的现象,怎么克服这种情况?
先将交线分成线网格,可控制间距,再分面网格. 用多面(或多体)组合生成对局部网格疏密程度有特殊要求的计算区域比较方便,本人用这种方法对三维问题做了些计算,效果感觉不错。将相邻的线(面)merge以后,在公共边及其相对的边上设置相同的节点数就好了。
(1) 出口边界出现回流很正常;
(2) 扩大计算域可以消除回流现象,但增加了计算量,需要综合考虑;
(3) 换用不同类型的边界条件,以及调整和加密网格,可以有效消除残差波动。即使开始残差波动,但流动充分发展后残差波动会逐渐消失。
现在需要自定义材料的粘度,已经编辑了一个小程序,具体步骤应该怎样做啊,请帮忙。程序如下
在记事本中编辑的,另存为“visosity1.c\ #include \
DEFINE_PROPERTY(cell_viscosity, cell, thread) {
real mu_lam; real trial;
real rate=CELL_STRAIN_RATE_MAG(cell, thread); real temp=C_T(cell, thread); mu_lam=1.e12; if(temp<855.)